左春梅 周釗/中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇四研究所

隨著科技發(fā)展，各種類型的電子信息系統(tǒng)和精密儀器設(shè)備大量用于船舶試驗(yàn)園區(qū)，因雷電電磁脈沖而造成的系統(tǒng)癱瘓、設(shè)備損壞等事故屢有發(fā)生，對試驗(yàn)園區(qū)作業(yè)造成極大隱患。因此，提高船舶試驗(yàn)園區(qū)防雷系統(tǒng)有效科學(xué)管理水平，避免雷擊災(zāi)害發(fā)生，預(yù)防經(jīng)濟(jì)損失非常重要。

根據(jù)行業(yè)特性，可將其科學(xué)劃分為戶外、普通廠房及辦公用樓、煙囪、?；瘓鏊?、試驗(yàn)廠房、變電站、信息機(jī)房等多個功能區(qū)。在建設(shè)過程中本著合理布局、信息共享、有效利用的設(shè)計(jì)規(guī)劃原則，統(tǒng)籌規(guī)劃企業(yè)全園區(qū)綜合雷電防護(hù)系統(tǒng)，避免重復(fù)建設(shè)，從而最大限度地避免或減少雷電對園區(qū)造成的危害風(fēng)險(xiǎn)。

防雷系統(tǒng)

雷電防護(hù)系統(tǒng)由建筑物防雷系統(tǒng)和設(shè)備裝置避雷系統(tǒng)組成。建筑物防雷系統(tǒng)用于防護(hù)直擊雷的防雷裝置，由接閃器、引下線和接地裝置組成。設(shè)備裝置避雷系統(tǒng)用于減小雷電流在所需防護(hù)空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁效應(yīng)的防雷裝置，由屏蔽導(dǎo)體、等電位連接件和電涌保護(hù)器等組成。

建筑避雷系統(tǒng)

獨(dú)立建筑的防雷系統(tǒng)建立原理參照法拉第籠，遇到雷擊，籠里的人相對來說是安全的。因?yàn)槿梭w觸電的原因是身體的不同部位存在電位差。法拉第籠的籠體是一個等電位體，內(nèi)部電勢差為零，還與大地連通。當(dāng)電流流過籠體時，能夠有效地將電流泄放入地，隔絕籠體外的電場和電磁波干擾，起到“靜電屏蔽”的作用。飛機(jī)外殼、汽車車體也類似于法拉第籠。

接閃器

建筑物頂部和外墻上的接閃器必須與建筑物欄桿、旗桿、吊車梁、管道、設(shè)備、太陽能熱水器、門窗、幕墻支架等外露的金屬物進(jìn)行電氣連接屋面金屬物防雷連接等電位連接。

避雷針安裝于樓頂，是因?yàn)閹щ姷脑疲紫仁菑纳贤逻\(yùn)行，在高處安裝避雷針，可以首先將云中的電放掉，當(dāng)房子接觸云的時候，就基本沒有或只有少部分電而沒有危險(xiǎn)了。但是，避雷針是有其保護(hù)范圍的。比如，一棟高10 米的一類建筑物（即凡制造、使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥等大量爆炸物質(zhì)的建筑物），避雷針本身5 米，也就是說避雷針的高度是15 米，那么，它的保護(hù)范圍是多大呢？計(jì)算方法是，按一類建筑的標(biāo)準(zhǔn)，在離地面30 米處畫一條水平線，然后以避雷針的針尖為圓心，30 米為半徑畫圓，與水平線交于A、B 兩點(diǎn)，再分別以這兩點(diǎn)為圓心，30 米為半徑畫圓，畫出的曲線就是避雷針保護(hù)范圍的邊界。

避雷網(wǎng)是在避雷帶的中間敷設(shè)接地導(dǎo)體，以保護(hù)建筑物的中間部位。用于保護(hù)建筑物，其優(yōu)點(diǎn)是敷設(shè)簡便、造價(jià)低，而且同高聳的避雷針相比，引雷的幾率大為減少。而且它接閃后一般是由多根引下線泄散電流，室內(nèi)設(shè)備上的反擊電壓相對較低。避雷網(wǎng)相當(dāng)于把縱橫交錯的避雷帶疊加到一起，大量實(shí)例表明，通過合理設(shè)置避雷網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)對建筑物的全面防雷和保護(hù)，且保護(hù)原理是法拉第籠。

避雷帶是在建筑物的屋脊和屋頂四周敷設(shè)的接地導(dǎo)體，是由避雷針、避雷線發(fā)展而來的。避雷帶與建筑屋頂上有突出金屬物，如標(biāo)識標(biāo)語牌構(gòu)架、鐵欄桿等部位的金屬導(dǎo)體焊接成一體，可利用企業(yè)標(biāo)識標(biāo)語牌構(gòu)架角鋼充當(dāng)一部分避雷帶的避雷線或支架，但必須與其他避雷線和專設(shè)引下線可靠連接，并做好防腐措施。

避雷線的功用和避雷針相似，主要用來保護(hù)線路，也可用來保護(hù)狹長的設(shè)施，這時的避雷線也叫架空地線。避雷線應(yīng)沿廠房屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。

引下線

引下線上端與接閃器焊接連通，下端與基礎(chǔ)接地網(wǎng)焊接連通，并將雷擊產(chǎn)生的電流引入大地，進(jìn)而降低雷擊危害。引下線安裝質(zhì)量直接決定了整個系統(tǒng)防雷的效果，引下線應(yīng)保證鋼筋的全線焊通，防止存在漏焊或錯焊現(xiàn)象。引下線兩端和引下線連接處的電氣連接狀況，其間直流過渡電阻值不應(yīng)大于0.2 歐姆（Ω）。

均壓環(huán)

新建的高層辦公樓，根據(jù)其防雷類別或高于19 層做均壓環(huán)，均壓環(huán)起到均壓雷電流和防側(cè)擊雷的作用。接地裝置與道路或建筑物出入口的距離未大于3 米時，應(yīng)采取均壓措施（均壓環(huán)）或鋪設(shè)卵石瀝青地面，并設(shè)置有防跨步電壓觸電的警 示標(biāo)志。

接地裝置

建筑物免受因大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過電壓，而設(shè)置的過電壓保護(hù)的接地，稱為防雷接地。防雷接地不允許用螺紋鋼代替圓鋼做搭接焊， 主要原因是螺紋鋼為合金鋼導(dǎo)電性低。接地裝置是由埋入土中的金屬接地體（角鋼、扁鋼、鋼管等）和連接用的接地線構(gòu)成。接地裝置由接地極（板）、接地母線（戶內(nèi)、戶外）、接地引下線（接地跨接線）、構(gòu)架接地組成接地裝置。與大地直接接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接的金屬物體為接地極。它可以是人工接地極，也可以是自然接地極。自然接地極為敷設(shè)在地下的各種金屬管道做接地極（如自來水管、下水管、熱力管等），但嚴(yán)禁用煤氣管、油管等各種可燃物的管道做接地極；鋼筋混凝土建筑與構(gòu)筑物的基礎(chǔ)做接地極，用接地線進(jìn)行連接構(gòu)成接地裝置。人工接地裝置一般選用鋼材（角鋼或鋼管），在有腐蝕的土壤中應(yīng)使用鍍鋅鋼材作為接地極，用接地線進(jìn)行連接構(gòu)成接地裝置。

設(shè)備避雷系統(tǒng)

在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，電氣設(shè)備的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，而電氣設(shè)備工作電壓低、抗干擾能力差、敏感性強(qiáng)，特別容易被雷擊電磁脈沖破壞。在雷擊于電氣線路時，能夠在電氣線路上產(chǎn)生過電壓波，過電壓波沿著線路傳播，通過電源系統(tǒng)侵入到電氣設(shè)備，造成電氣設(shè)備的損壞。安裝避雷設(shè)施或接地盡量避免直接接觸引入室內(nèi)的金屬導(dǎo)體。

浪涌保護(hù)器

浪涌保護(hù)器，簡稱SPD，習(xí)慣稱之為過電壓保護(hù)器，主要功能是將電氣線路中的瞬時過電壓控制在設(shè)備或者系統(tǒng)所能夠承受的電壓范圍內(nèi)，或者將強(qiáng)大的雷電流泄流入地，最終電氣設(shè)備或電氣系統(tǒng)不受雷電沖擊而導(dǎo)致?lián)p壞。浪涌保護(hù)器適用于220/380 伏（V）低壓電源保護(hù)，是一種非線性元件，浪涌保護(hù)器按工作原理分為開關(guān)型、限壓型、分流型或扼流型，按用途分為電源保護(hù)器、信號保護(hù)器。所有這些元件的區(qū)別在于放電能力、響應(yīng)特性以及殘余電壓。

浪涌保護(hù)器安裝在低壓主配電柜或低壓總開關(guān)柜內(nèi)，并聯(lián)在電源進(jìn)線外，作為電源的第一級保護(hù)；電源連接導(dǎo)線用不小于16 平方毫米的多股銅線，接地線用不小于25平方毫米的多股銅線，連接導(dǎo)線應(yīng)盡量的短、平直、粗，長度不宜大于0.5 米；檢查浪涌保護(hù)器后備保護(hù)開關(guān)的有效性，安裝中應(yīng)避免不必要的感應(yīng)回路，設(shè)備與浪涌保護(hù)器之間建立等電位連接；注意，安裝時必須斷開電源，嚴(yán)禁帶電操作，連接導(dǎo)線必須符合要求；安裝完畢后將模塊插入到位，檢查工作是否正常。

圖2 SPD 安裝位置示意

合理布線

電子設(shè)備的主要金屬構(gòu)件、建筑物中的金屬管道，供電線路外露的可導(dǎo)電部分、防雷裝置和由電子設(shè)備構(gòu)成的信息系統(tǒng)都是實(shí)行等電位連接的主體。對于電子設(shè)備數(shù)量較多的建筑物，通入室內(nèi)的線路應(yīng)盡量采用屏蔽電纜，架空線路由終端桿引下后也應(yīng)更換為屏蔽電纜。

網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控、電話、有線電視、構(gòu)筑物等線纜架空易遭受雷擊或雷電電磁脈沖輻射，應(yīng)采用埋地電纜。沒有條件者，架空線應(yīng)采用屏蔽電纜，金屬屏蔽層兩端要接地。當(dāng)信息技術(shù)電纜與供配電電纜同屬一個電纜管理系統(tǒng)和同一路由時，宜采用多層走線槽盒，強(qiáng)、弱電線路宜分層布設(shè)。當(dāng)兩座建筑物較近時，接地物要進(jìn)行連接。距離較長的架空電話線，入室前應(yīng)穿鋼管埋地15米再引入室內(nèi)，設(shè)備接口處應(yīng)加裝電流保護(hù)器。

等電位連接

等電位及室內(nèi)接地干線電子系統(tǒng)的所有外露導(dǎo)電物應(yīng)與建筑物的等電位連接網(wǎng)絡(luò)做功能性等電位連接。電子系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)獨(dú)立的接地裝置。向電子系統(tǒng)供電的配電箱的保護(hù)地線 (PE 線)應(yīng)就近與建筑物的等電位連接網(wǎng)絡(luò)做等電位連接。

在建筑物入戶處應(yīng)做總等電位連接。建筑物等電位連接干線與接地裝置應(yīng)有不少于 2 處的直接連接。電子系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房的等電位連接應(yīng)根據(jù)電子系統(tǒng)的工作頻率分別采用星形結(jié)構(gòu)（S 型）或網(wǎng)形結(jié)構(gòu)（M型）。工作頻率小于 300 千赫（kHz）的模擬線路，可采用星形結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)絡(luò)；頻率為兆赫（MHz）級的數(shù)字線路，應(yīng)采用網(wǎng)形結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)絡(luò)。

屏蔽

屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設(shè)備影響的最有效方法。屏蔽電子信息設(shè)備是相當(dāng)敏感的電子設(shè)備，本身具有很強(qiáng)的電子信號功能，在運(yùn)行過程當(dāng)中很容易受到外界的影響，造成精準(zhǔn)度降低，尤其是在受到電磁干擾的情況下更容易發(fā)生損壞。雷擊發(fā)生的時候，一般會產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾。為了降低電磁干擾對電子信息設(shè)備的影響程度，可以采用屏蔽的方式。

在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中用到的屏蔽方式主要有兩種：靜電屏蔽和電磁屏蔽。一般來說，在室外的設(shè)備更容易受到雷擊的影響，要對這種設(shè)備的金屬外殼和保護(hù)裝置采用全封閉的方式進(jìn)行屏蔽，通信線路利用專門的帶有金屬屏蔽層的線纜進(jìn)行，而且要在線纜安裝完畢之后進(jìn)行鋪設(shè)處理，防止出現(xiàn)意外的情況。具體的屏蔽手段是多種多樣的，在使用過程中要根據(jù)電子信息設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行，這樣既能夠保證電子信息設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中確保信號的通暢，還能夠防止因使用屏蔽造成的不良影響。

接地裝置

接地防護(hù)是指將所有金屬外殼部件、管道、電纜等連接在一起，并與屏蔽籠、接地網(wǎng)就近連接。電子、電氣設(shè)備的防雷接地都應(yīng)采用共用接地的方式，其接地電阻按設(shè)備接地電阻的最小值確定。計(jì)算機(jī)房接地裝置的交流工作接地和安全保護(hù)接地的電阻都應(yīng)≤4，直流工作接地的電阻值應(yīng)按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求確定。電氣設(shè)備上的接地線，應(yīng)采用熱鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能焊接時，可用螺栓連接。

一般低壓電力網(wǎng)中電源系統(tǒng)中性點(diǎn)工作接地應(yīng)小于4Ω，TN 系統(tǒng)每處重復(fù)接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)小于10Ω；電氣 設(shè)備、電子設(shè)備接地電阻應(yīng)小于4Ω。當(dāng)電氣設(shè)備、電子設(shè)備與防雷接地系統(tǒng)共用接地網(wǎng)時，測量接地電阻應(yīng)規(guī)范、準(zhǔn)確，每年不得少于1 次，且在干燥氣候條件下測量。同一接地網(wǎng)多個測點(diǎn)的接地電阻值應(yīng)取最大值。

結(jié)論

雷電是大自然中的常見天氣現(xiàn)象，具有不可預(yù)測性，突然的雷擊所帶來的危害較大，防雷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范逐步健全是防雷工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和生命線。通過建立建筑物防雷系統(tǒng)和設(shè)備裝置避雷系統(tǒng)組成雷電防護(hù)系統(tǒng)，可推動船舶試驗(yàn)園區(qū)安全生產(chǎn)工作跨上新臺階。